風成沉積磁學性質(zhì)記錄的鄂爾多斯高原中全新世以來環(huán)境變遷.pdf

1、本研究對鄂爾多斯高原3個全新世風成沉積剖面和100個現(xiàn)代沙丘表土進行系統(tǒng)的環(huán)境磁學參數(shù)和粒度測量，探討沙漠風成沉積物磁性特征變化機制，遴選出東亞夏季風、東亞冬季風和礦物粉塵濃度的代用指標。進一步利用OSL和14C測年手段建立風成沉積剖面的年代框架，并利用遴選出的代用指標重建研究區(qū)中全新世以來濕度、風力和粉塵的變化歷史，并探索它們之間的相互聯(lián)系、驅(qū)動因素及其與人類活動的關系。主要結(jié)論如下：
　　鄂爾多斯高原風成沉積物中磁性礦物的種類

2、主要為亞鐵磁性礦物磁鐵礦和磁赤鐵礦，此外還含有一定量的不完全反鐵磁性礦物赤鐵礦，磁性礦物的總體濃度較低。土壤發(fā)育較強的錦界剖面磁性礦物的粒徑較細，以粗粒穩(wěn)定單疇（SSD）和超順磁（SP）為主；王家溝剖面和錫尼剖面磁性礦物的粒徑較粗，以多疇（MD）和假單疇（PSD）為主。錦界剖面的中全新世古土壤層磁化率的增加主要由成土成因的細粒/超細粒磁性礦物貢獻，與黃土高原黃土磁化率增強的“成土模式”一致；而其他全新世風成沉積磁化率的增加主要由碎屑成因

3、的粗粒磁性礦物控制，和新疆黃土磁化率增強的“風塵輸入模式”類似。為了選取適宜的古環(huán)境代用指標，利用數(shù)學算法分離出鄂爾多斯高原風成沉積物磁化率的風塵碎屑組分（Χ0）和成土組分（Χpedo）。結(jié)果顯示，磁粒度參數(shù)ΧARM/SIRM與Χpedo/Χ0的對數(shù)線性正相關，表明其在沙漠地區(qū)可以用作成土強度和濕度的替代指標；HIRM和Χ0顯著線性正相關，可以用來指示碎屑赤鐵礦和礦物粉塵的濃度。
　　ΧARM/SIRM記錄揭示鄂爾多斯高原地區(qū)7.

4、4~4.6ka氣候濕潤，為全新世氣候最適期，4.6ka以來氣候逐漸變干，與中國北方季風邊緣區(qū)沙地及黃土高原大量風成沉積地層年代記錄的中全新世古土壤普遍發(fā)育，晚全新世風成砂和黃土開始堆積結(jié)果一致。本研究不支持鄂爾多斯高原和周邊地區(qū)部分湖沼沉積記錄的早全新世氣候最濕潤，中全新世干旱的結(jié)果。本研究證實沙漠風成沉積物具有記錄千年和百年尺度氣候波動的潛力。例如，鄂爾多斯高原東南部的錦界剖面和王家溝剖面記錄了6.6~5.6ka、4.6~4.1ka、

5、3.5~2.5ka、1.5~1.0ka和0.5ka前后發(fā)生干旱氣候事件，分別與北大西洋5.9ka、4.2ka、2.8ka、1.4ka和0.4ka冰筏碎屑事件相對應。此外，生態(tài)環(huán)境更脆弱、對氣候變化更敏感的鄂爾多斯高原北部的錫尼剖面還記錄了中全新世濕潤期存在百年尺度的頻繁氣候波動，其中6.9ka前后、6.4ka前后、6.1ka前后、6.0~5.8ka、5.5~5.3ka和4.8~4.6ka為夏季風極盛期。這些夏季風增強事件都發(fā)生在ENSO

6、事件頻率減少的時期，大約出現(xiàn)在ENSO事件頻率由極大值開始減少的100~300a之后。表明在千年和百年尺度上東亞夏季風分別受高緯北大西洋和低緯ENSO過程的影響。
　　沉積物粒度揭示中全新世以來東亞冬季風存在逐漸減弱的長期趨勢，與夏季風同相位變化，與黃土記錄的冰期-間冰期旋回中冬季風和夏季風的反相位不同，地球軌道參數(shù)引起的太陽輻射的長期變化可能是導致這種現(xiàn)象的主要原因。由于中全新世以來北半球冬季太陽輻射逐漸減少，夏季太陽輻射逐漸增

7、加，導致冬季和夏季海陸之間的溫度梯度均逐漸減小，進而氣壓梯度減小，東亞冬季風和夏季風均逐漸減弱。全新世氣候最適期期間冬季風也存在百年尺度的波動，其中7.1~7.0ka、5.5~5.3ka和4.8~4.6ka冬季風強盛，6.7~6.0ka冬季風總體較強，但存在頻繁波動，其他時段冬季風較弱。中全新世冬季風百年尺度波動與格陵蘭GISP2冰芯氧同位素記錄的北半球高緯地區(qū)溫度變化高度相關，表明在百年尺度上，東亞冬季風主要受高緯氣候過程的影響。北半

8、球高緯地區(qū)溫度可能通過蒙古-西伯利亞高壓間接控制東亞冬季風的強度。
　　HIRM記錄顯示7.4~4ka礦物粉塵濃度較低，4ka以來礦物粉塵濃度逐漸增加，并且鄂爾多斯高原北部地區(qū)的錫尼剖面礦物粉塵濃度顯著高于東部的錦界剖面和王家溝剖面。綜合集成的黃土高原地區(qū)粉塵堆積速率顯示，10~4ka堆積速率低于平均水平；4~2ka堆積速率增加，稍高于平均水平；2ka以來堆積速率快速增加。黃土高原粉塵堆積速率集成的結(jié)果與本研究風成沉積剖面HIRM

9、記錄相吻合，一方面驗證了重建結(jié)果的可靠性，另一方面也表明至少在中全新世以來，鄂爾多斯高原的粉塵很可能是黃土高原黃土物質(zhì)的重要來源之一。中全新世以來礦物粉塵的增加主要由氣候變干和人類活動增強導致，冬季風的影響相對次要。礦物粉塵濃度和濕度大致呈反比例函數(shù)關系。粉塵釋放對干旱氣候更敏感，當氣候較干旱時，粉塵釋放量隨濕度的增加迅速減少；隨著濕度增加到一個閾值（ΧARM/SIRM=0.2×10-3m/A），礦物粉塵濃度減少的速率逐漸減緩；當濕度繼